DE2512706A1 - Verfahren und vorrichtung zum anzeigen oder messen der kontaktdruckverteilung im bereich einer flaeche - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum anzeigen oder messen der kontaktdruckverteilung im bereich einer flaecheInfo
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Description
PATENTANWÄLTE O ζ 1 9 7 Π £
3353 Bad Gandersheim, 21 · MäTZ 1975
Postfach 129
Telefon: {05382)2842
Unsere Akten-Nr. 2825/1
RAMOT UNIVERSITY AUTHORITY FOR
APPLIED RESEARCH AND INDUSTRIAL DEVELOPMENT LTD.
Patentgesuch vom 21. März 1975
RAMOT UNIVERSITY AUTHORITY FOR APPLIED RESEARCH AND INDUSTRIAL DEVELOPMENT LTD.
Tel Aviv University
Tel Aviv / ISRAEL
Tel Aviv / ISRAEL
Verfahren tind Vorrichtung zum Anzeigen oder Messen
der Kontaktdruckverteilung im Bereich einer Fläche
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anzeigen oder Messen der Kontaktdruckverteilung im Bereich einer Oberfläche·
Sie betrifft ferner eine Anordnung zum Ausführen eines solchen Verfahrens.
Es ist bereits bekannt, die Kräfte zu messen, die der Fuß eines Rennläufers auf den Boden ausübt, und zwar mittels
Dehnungsmeßstreifen, die die vom Fuß auf den Boden übertragenen Gesamtkräfte in horizontaler und vertikaler Richtung
erfassen, vgl. Scientific American, März 1967, Seite 53.
Solche Meßanordnungen und ihre Sensoren sind aber sehr voluminös, und selbst wenn man sie so weit wie möglich
verkleinern würde, wäre es doch schwierig, mehrere von ihnen auf begrenztem Raum zusammenzupacken, wie das zur Messung
einer Druckverteilung erforderlich ist. Zum Beispiel ist für Jeden Sensor ein mechanischer Aufbau erforderlich, und
dazu hin müssen die elektrischen Leitungen verlegt werden etc.·
Ferner bewirkt der Einbau solcher Sensoren örtliche Änderungen
Ra/Rg. 509841/0656
in der Steifigkeit der Kontaktfläche, und diese Änderungen können das Meßergebnis beeinflussen und
verfälschen.
Ferner ermöglichen es die bekannten elektronischen und mechanischen Drucksensoren im allgemeinen nicht, an
einer größeren Fläche die Druckverteilung überall zum selben Zeitpunkt zu messen. Schließlich und endlich
sind solche Meßanordnungen sehr teuer in der Herstellung und erfordern zu ihrer Bedienung und Wartung hochqualifiziertes
Personal.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Anordnung zum
Anzeigen und/oder Messen der Kontaktdruckverteilung zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem eingangs genannten-;
Verfahren dadurch erreicht, daß der Druck über ein Druckübertragungsglied
auf ein fotoelastisches Teil übertragen wird, wobei das Druckübertragungsglied Punktkontaktvorsprünge
zum Übertragen des Kontaktdrucks auf das fotoelastische Teil in Form von lokalisierten Punkten aufweist
und wobei das foto elastische Teil in der Weise ausgebildet
ist, daß sich seine optischen Eigenschaften ändern, wenn es einem Druck unterworfen wird, und daß die
Änderungen in den optischen Eigenschaften des fotoelastischen Teils optisch angezeigt werden. Die Erfindung
zeigt also eine neuartige interferometrische Technik auf, S welche die Beobachtung und Aufzeichnung der Kontaktdruck- ί
verteilung an der gesamten Berührungsfläche ermöglicht, I an der dieser Druck wirkt. Beobachtung und Aufzeichnung I
sind dabei sowohl unter statischen wie unter dynamischen !
Bedingungen möglich, was einen zusätzlichen, wertvollen j Vorteil der Erfindung darstellt. !
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Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Anzeigen oder
ι Messen der Kontaktdruckverteilung im Bereich einer j
Oberfläche ist dadurch gekennzeichnet, daß ein foto- j elastisches Teil vorgesehen ist, dessen optische Eigen- !
schäften sich ändern, wenn es einem Druck ausgesetzt wird, j
daß ein Druckübertragungsglied vorgesehen ist, auf dessen ! eine Seite im Betrieb der Kontaktdruck wirkt und dessen !
gegenüberliegende Seite Punktkontaktvorsprünge zum Übertragen des Kontaktdrucks auf das fotoelastische
Teil in Form von lokalisierten Druckpunkten aufweist, und daß eine optische Vorrichtung zur Anzeige der Änderungen
der optischen Eigenschaften des fotoelastischen Teils vorgesehen 1st.
Die erfindungsgemäße Technik ermöglicht also die Untersuchung des gesamten Kontaktdruckverteilungsfelds,
und sie ermöglicht dies zu-dem mittels einer relativ
einfaöhen und kostengünstigen Anordnung. Die Erfindung
vermeidet somit im wesentlichen die oben erwähnten Nachteile von elektronischen und mechanischen Drucksenßoren*
Zum Kessen von in ein und derselben Ebene gelegenen Spannungen, d.h. von Spannungen, die im betreffenden
Werkstoff durch Kräfte erzeugt wurden, die im wesentlichen in derselben Ebene liegen wie die Ebene des verwendeten
Werkstoffs, ist es bekannt, Platten aus fotoelastischem
Werkstoff mx verwenden. Solche fotoelastischen Werkstoffe
ändern Ihre optischen Eigenschaften, nämlich ihren Breohungsindex, dann, wenn Spannungen auf sie wirken.
Die Änderung der optischen Eigenschaften ist abhängig von der Größe der erfolgten Spannungen· Ein polarisierter
Lichtstrahl» der durch das unter Spannung stehende Material dtirehtritt, wird in verschiedene Strahlen aufgespalten,
von denen 3eder längs einer Hauptspannungsrichtung
schwingt und jeder eine andere Fortpflanzungsgeschwindigkeit
hat. Durch die Spannungen wird eine
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Phasenverschiebung zwischen diesen beiden Strahlen erzeugt, und man erhält ein optisches Interferenzbild,
welches angezeigt und aufgezeichnet werden kann. Läßt man also Kräfte auf einen solchen optisch empfindlichen
Werkstoff wirken und betrachtet ihn unter polarisiertem Licht, so sieht man die resultierenden Spannungen als
farbige Interferenzbilder, welche interpretiert werden können, um die gesamte Spannungsverteilung anzuzeigen
und genaue Messungen der Spannungsrichtungen und der Größe der Spannungen zu ermöglichen.
Solche fotoelastischen Platten werden häufig im Maschinenbau verwendet, um die Spannungsverteilungen
an Modellen zu erfassen, z.B. an Modellen von Zahnrädern, Motorblöcken, Druckgefäßen, Flanschen etc., um beispielsweise
die Lage von örtlichen Spannungskonzentrationen sichtbar zu machen und sine entsprechende Verbesserung
der betreffenden Konstruktion zu ermöglichen. j
Der allgemeine Grundgedanke der vorliegenden Erfindung wird nun darin gesehen, daß man diese
fotoelastischen Werkstoffe zur Anzeige oder Messung
der Kontaktdruckverteilung an einer Fläche einsetzt, und zwar in der Weise, daß man Unwandlungsglieder vorsieht,
mittels derer man die senkrecht zum Werkstoff wirkenden Kräfte in in der Ebene des Werkstoffs liegende Kräfte
umwandelt, deren Richtung also parallel zur Ebene des Werkstoffs verläuft. Dies erreicht man durch die Verwendung
eines Druckübertragungsgliedes, auf dessen eine Seite der zu messende Kontaktdruck wirkt und, dessen andere
Seite Punktkontaktvorsprünge aufweist, welche den Kontaktdruck in Form von lokalisierten Punkten auf das
fotoelastische Teil übertragen. Letzteres ist an einer relativ starren, transparenten Platte abgestützt, z.B.
an einer Glasplatte, und ist zwischen dieser Platte und dem Druckübertragungsglied eingefügt, um die senkrecht
zum Werkstoff wirkenden Kräfte in Kräfte umzuformen, die in der Ebene des Werkstoffs liegen. Diese in der Ebene
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des Werkstoffs liegenden Kräfte bewirken Änderungen der optischen Eigenschaften, welche klar sichtbar sind
und eine Anzeige der Verteilung des auf das Druckübertragungsglied wirkenden Oberflächenkontaktdrucks liefern.
Die Erfindung eignet sich mit besonderem Vorteil für Anwendungen in der Biomechanik, z.B. zur - statischen
und/oder dynamischen - genauen Messung der Kontaktdruckverteilung unter einer stehenden, sitzenden oder auf dem
Rücken liegenden Person. Eine spezifische Anwendung ist
die Messung der Kontaktdruckverteilung zwischen dem menschlichen Fuß und dem Boden unter statischen Bedingungen,
d.h. wenn die betreffende Person steht, und unter dynamischen Bedingungen, d.h. wenn die betreffende
Person läuft. Solche Messungen sind von sehr großem Nutzen bei der Diagnose von vielen Arten von Fußbeschwerden und
Fußkrankheiten. Mit der Erfindung kann man auch die quantitative Information erhalten, die man zur
systematischen Konstruktion aller Arten von orthopädischen Hilfsmitteln benötigt, angefangen bei Einlegesohlen bis
hin zu Prothesen, Stützgliedern und Suspensorien.
Ferner findet die Erfindung eine sehr vorteilhafte Anwendung bei der Konstruktion von Betten, Stühlen und
Stützprothesen für das Sitzen oder Liegen, zoB. von
Liegen für Querschnittsgelähmte.
Da die Messung der Druckverteilung zwischen dem menschlichen Fuß und dem Boden einen sehr vorteilhaften
Anwendungsfall der Erfindung darstellt, wird dieser Anwendungsfall im folgenden an Ausführungsbeispielen
beschrieben. Aus den vorstehend genannten Beispielen geht jedoch klar hervor, daß sich die Erfindung auch für
eine Vielzahl von anderen Anwendungen eignet, von denen einige auch im folgenden erwähnt werden.
Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung
eine Lichtquelle aufweist, deren Licht dem
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fotoelastischen Teil zuführbar ist, und daß sie ferner
einen Zirkularpolarisator zum Polarisieren des von der Lichtquelle dem fotoelastischen Teil zugeführten Lichts
aufweist, wobei man ferner mit Vorteil so vorgeht, daß auf der den Vorsprüngen zugewandten Seite des fotoelastischen Teils ein Lichtreflektor vorgesehen ist,
während die gegenüberliegende Seite des fotoelastischen
i Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung sind
fotoelastisches Teil und Lichtpolarisator auf der einen Seite einer relativ starren, transparenten Platte abgestützt und die Lichtquelle ist auf der gegenüberliegenden
Seite dieser transparenten Platte angeordnet. Man kan ferner bei einer solchen Anordnung in vielen Fällen mit
Vorteil so vorgehen, daß eine transparente elastische Platte oder Folie zwischen dem Polarisator und der starren
transparenten Platte vorgesehen ist, wobei die transparente elastische Platte oder Folie eine Schichtkonstruktion
mit dem fotoelastischen Teil bildet und der Polarisator dazwischen angeordnet ist; hierbei besteht mit Vorteil
die transparente elastische Platte oder Folie aus demselben Werkstoff wie das fotoelastische Teil.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Anordnung in vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß
die am Druckübertragungsglied angeordneten Punktkontakt- vorsprünge abgerundete Spitzen in Anlage gegen das fotoelastische
Teil aufweisen; diese Vorsprünge können nach; der Erfindung beispielsweise parabolisch, kugelig oder
Konisch ausgebildet sein»
Zum Messen der Druckverteilung an den Füßen, ©ines
Menschen geht msn nach der Erfindung mit Vorteil so yot,
daß das Druckübert^agu^gsglied in Form einer (Sefeoh-)Sohle
ausgebildet ist* H^srbei ist ©ine Anordnung besonders
s^sokiBäßigs; welche dadurch -gekennzeichnet iscv d;-,S das
soklenförsise Dryx-Iiübsr^tra^-inesslied. in die Sohle eines
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Schuhs eingebaut ist und einen Teil von ihr bildet. I
V/eitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen ,
der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als j
Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das bei der Anordnung nach i Fig. 1 verwendete Druckübertragungsglied; diese Figur zeigt
das Druckübertragungsglied in Anlage gegen ein fotoelastisches Teil,
Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt, gesehen längs der Linie III-III der Fig. 2, welcher das Druckübertragungsglied
und das fotoelastische Teil im Schnitt zeigt,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Meßschuhs, in dessen Sohle ein Druckübertragungsglied eingebaut ist,
und
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Schichtkonstruktion mit zwei fotoelastischen Teilen, zwischen denen ein Polarisator
liegt.
Die in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Anordnung eignet sich mit besonderem Vorteil - jedoch
keineswegs ausschließlich; vgl. hierzu die vorstehenden und die nachfolgenden Ausführungen - zur Messung der
Druckverteilung an der Unterseite eines Fußes. Diese Druckverteilung PD ist in Fig. 1 schematisch durch eine Kurve
dargestellt. Der Druck wirkt auf die Oberseite 2a (Fig. 3) eines flexiblen Druckübertragungsglieds 2, dessen
Unterseite 2b eine Vielzahl von Punktkontaktvorsprüngen 2c aufweist. Wie Fig. 2 zeigt, hat bei der dargestellten
Ausführungsform das Druckübertragungsglied 2 die Form einer Schuhsohle.
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Unter dem Glied 2 liegt ein fotoelastisches Teil 4 j
in Form einer dünnen Platte, welche auf ihrer gegen die
Vorsprünge 2c des Druckübertragungsglieds 2 anliegenden [ oberen Seite einen lichtreflektierenden Überzug 4a trägt. ■; Mit Ausnahme dieses Überzugs 4a ist das fotoelastische Teil 4, transparent. I
Vorsprünge 2c des Druckübertragungsglieds 2 anliegenden [ oberen Seite einen lichtreflektierenden Überzug 4a trägt. ■; Mit Ausnahme dieses Überzugs 4a ist das fotoelastische Teil 4, transparent. I
Unter dem fotoelastischen Teil 4 liegt ein Zirkular- ; polarisator β zum Polarisieren des Lichts, welches zum J
fotoelastischen Teil 4 und von diesem zurück verläuft. '
Sas Druokübertragungsglied 2, das fotoelastische Teil 4 ;
und asr Lichtpolarisator 6 sind gemeinsam abgestützt auf j
einar- relativ starren transparenten Platte 8, z.B. aus :
Glas oder Kunststoffj eine Kunststoffplatte 8 ist leichter i
xormbar und aaoht es falls 9rforderlich oder gewünscht I
möglishj daß die Platte gekrümmt ist. I
unter der transparenten Platte 8 ist ein semi- i
transparenter Spiegel 10 angeordnet, der als Strahlenteiler
dient. Wie dargestellt3 läßt dieser Spiegel 10 Licht von
einer Lichtquelle 12 zum fotoelastischen Teil 4 durchtreten. Das -vom Teil 4 zurückkommende Licht wird dann
vom Spiegel 10 nach links reflektiert und zeigt die vom
Teil 4 erzeugten Interferenzbilder an. Diese können
entweder visuell beobachtet oder aufgezeichnet werden,
z.B. wie dargestellt mittels einer Kamera 14.
dient. Wie dargestellt3 läßt dieser Spiegel 10 Licht von
einer Lichtquelle 12 zum fotoelastischen Teil 4 durchtreten. Das -vom Teil 4 zurückkommende Licht wird dann
vom Spiegel 10 nach links reflektiert und zeigt die vom
Teil 4 erzeugten Interferenzbilder an. Diese können
entweder visuell beobachtet oder aufgezeichnet werden,
z.B. wie dargestellt mittels einer Kamera 14.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung arbeitet wie
folgt: Die zu untersuchende Person steht auf dem sohlenförmigen Druckübertragungsglied 2, wobei die Fußsohle .'
direkt auf der Oberseite 2a dieses Teils 2 aufruht. Das
Gewicht dieser Person verteilt sich also auf die gesamte
Oberfläche 2a, wie das in Fig. 1 schematisch durch die
Druckverlaufskurve PD angedeutet ist.
folgt: Die zu untersuchende Person steht auf dem sohlenförmigen Druckübertragungsglied 2, wobei die Fußsohle .'
direkt auf der Oberseite 2a dieses Teils 2 aufruht. Das
Gewicht dieser Person verteilt sich also auf die gesamte
Oberfläche 2a, wie das in Fig. 1 schematisch durch die
Druckverlaufskurve PD angedeutet ist.
^ I
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Die Vorsprünge 2c an der Unterseite 2b des Druckübertragungsglieds 2, die gegen die Oberseite 4a
des fotoelastischen Teils 4 anliegen, übertragen den
Druck auf dieses Teil 4, und zwar in Form von j
lokalisierten Druckpunkten an den Kontaktstellen der ;
Vorsprünge 2c mit dem fotoelastischen Teil 4„ Da das j
fotoelastische Teil 4 zwischen dem Druckübertragungsglied ;
2 und der relativ starren transparenten Platte 8 einge- ,
fügt ist, werden die lokalisierten Druckpunkte in
mechanische Spannungen umgewandelt, welche im foto- j
elastischen Teil an den Stellen der Druckpunkte jeweils j
in der Ebene dieses Teils 4 verlaufen. ■
Das Licht von der Lichtquelle 12 durchläuft den i semitransparenten Spiegel 10, die transparente Stützplatte
8, den Polarisator 6 und das fotoelastische Teil 4; es wird reflektiert vom reflektierenden Überzug
4a des Teils 4, durchläuft wieder das fotoelastische Teil 4, den Polarisator 6 und die transparente Stützplatte
8. Dann wird es vom Spiegel 10 reflektiert und entweder mittels der Kamera 14 aufgezeichnet oder
visuell beobachtet.
Die vom fotoelastischen Teil 4 erzeugten
Interferenzbilder, welche visuell beobachtet oder mit der Kamera 14 aufgezeichnet werden, sind also eine Anzeige
bzw. dienen als Meßgröße der Druckverteilung an der Oberseite 2a des Druckübertragungsglieds 2.
Die Punktkontaktvorsprünge 2c an der Unterseite 2b j
des Glieds 2, welche die senkrecht auf die Fläche 2a j
wirkenden Drücke umwandeln in Spannungen, die in der j
Ebene des fotoelastischen Teils 4 verlaufen, können j
eine Anzahl verschiedener Formen haben und in ver- J
schiedenen Mustern angeordnet sein, je nach dem j spezifischen Anwendungsfall. Bei dem Anwendungsfall
gemäß Fig. 1 bis 3 haben sie parabolische Form, haben
in der Projektion einen Durchmesser von 4 mm und einen ;
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Mittelpunktsabstand von 10 mm.
Bei anderen Anwendungsfällen können diese Vorsprünge andere Formen haben und z.B. kugelig oder kegelig ausgebildet sein. Falls hohe Kräfte im Spiel sind, werden die
gegen das fotoelastische Teil 4 anliegenden Flächen der Vorsprünge 2c im allgemeinen eher abgerundet ausgeführt,
und ihre Abstände werden größer gewählt. Bei der Messung kleinerer Drücke können die gegen das Teil 4 anliegenden Flächen spitziger sein, und die Vorsprünge
können kleinere Abstände haben.
Als Beispiel für ein im Rahmen der Erfindung verwendbares fotoelastisches Teil 4 wird eine Folie bzw«,
dünne Platte aus handelsüblichem fotoelastischem Epoxy- I
oder Polykarbonatwerkstoff mit einer Dicke von 3 min genannt;!
als Beispiel für ein flexibles Druckübertragungsglied 2 kann biegsames Leder mit einer Dicke von 3 mm genannt
werden, wobei die Vorsprünge 2c 4 msi hoch sind und aus
starrem Kunststoff bestehen,, z.B., aus Methakrylatharz,
oder auch aus Metall.
Das Druckübertragungsglied kann auch in einen Meßschuh
eingebaut werden. Dies ist in Fig. 4 dargestellt, wo der Meßschuh. 20 das Druckübertragungsglied 22 als seine Sohle
enthält. Die zu untersuchend® Person braucht also lediglich ihren Fuß in den Schuh zu stecken und auf das
fotoelastische Teil 2:4 su stehenv welch letzteres
zusammen mit dem Polarisator 26 auf der relativ starren
transparenten Plette abgestützt mröo (Dies© Platts Ist
in Figß i mit 3 föessdöiiast und in Figo'4 nicht noenaals
dargsstsllto) Man &s.nn dann ebenso wie bei der Aacräsung
nach den Figo 1 fels 3 äie Jiraekvertellung an. der UEXsr-=
saite dss SoMiks Tisuell beobaolitsn oder - s*3o aält
Kamera - au
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Vorzugsweise wird die Eontaktdruckverteilung
gleichzeitig an "beiden FiHen einer Perron untersucht,
wobei diese dann zwei Heßschuhe 20 tragen muß.
Eine erfindungsgemäße Anordnung eignet π-..,.. ro,<-.;i"
nur zum Messen der Druckverteilung unter st, bischer.
Bedingungen, z.B. bei stehendem Benutzer, sondern auch unter dynamischen Bedingungen, also z.B* bei gehendem
Benutzer. Insbesondere für den letztgenannten Anwendungsfall ist es mit Vorteil möglich, auch das fotoelastische
Teil 24 und den Polarisator 26 in den Schuh einzubauen, und zwar als Schichtkonstruktion mit dem Glied 22,
wobei dieser Schichtaufbau die Sohle des Schuhs bilde:-« Der Benutzer braucht in diesem Fall nur auf der
transparenten Stützpiatte (8 in Fig. 1) zu laufen, und die Kontaktdruckverteilungsbilder kennen dann unter diesen
dynamischen Bedingungen beobachtet oder aufgezeichnet werden. Zur Aufzeichnung wird hierbei zweckmäßig eine
Kinokamera oder ein elektronisches Bandaufzeichnungsgerät verwendet.
Die Empfindlichkeit des fotoelastischen Teils kann leicht an den betreffenden Anwendungsfall dadurch angepaßt
werden, daß man ein Material von entsprechender Steifigkeit und Dicke verwendet. Ferner kann ein Schichtaufbau
verwendet werden, um die geeignete Steifigkeit und/oder Dicke zu erzeugen, indem man die fotoelastische Platte,
eine andere transparente elastische Platte und dazwischen den Polarisator vorsieht.
Fig. 5 zeigt einen solchen Schichtaufbau. Hierbei
liegt der Polarisator 36 zwischen einer fotoelastischen
Platte 34 (auf deren dem Reflektor 34a gegenüberliegenden
Seite) und zwischen einer anderen transparenten elastischen Platte 37. Die fotoelastischen Eigenschaften
der Platte 37 werden nicht ausgenutzt, doch wird mit Vorteil für die Platte 37 derselbe Werkstoff verwendet
wie für die Platte 34.
•5 09841/0656
Bei allen vorstehend beschriebenen Konstruktionen sollte zwischen den verschiedenen Teilen eine gewisse
Verschiebbarkeit bestehen, mit Ausnahme des Lichtreflektors, der vorzugsweise ein Überzug oder eine dünne
Folie ist. Sine solche Verschiebbarkeit läßt sich leicht dadurch erreichen, daß man etwas Talkum aufbringt.
Insbesondere bei Verwendung eines Schichtaufbaus können Druckübertragungsglied und fotoelastisches Teil
gekrümmt sein, um sich einer gekrümmten Fläche anzupassen, z;B, dsm Rist eines Fußes, an welchem die Druckverteilung
gemessen werden soll.
Eie Erfindung läßt sich also mit großem Vorteil zur
Diagnose vieler Arten von Fußfehlern anwenden, z.B. zum Messen von Daten für das Anfertigen von orthopädischen
Schuhen zu& Hallen solcher Fehler; die Erfindung eignet
sich .jedoch in gleicher Weise für eine Vielzahl anderer Anwendungsfälle. Die Hauptkennzeichen solcher Anwendungen
sind dabei; Der spezifische Zweck einschließlich der Form und Fläche, an der der Druck aufgebracht und gemessen
werden soll* der Bereich der· zu messenden Drücke;
schließlich die Empfindlichkeit des fotoelastischen Teils oder des Schichtaufbaus und die Form der nach den obigen
Erfordernissen konstruierten Punktkontaktvorsprünge. Als Anwendungsfälle in der Biomechanik und Ergonomie können
beispielsweise genannt werden; Analyse der Fähigkeiten der menschlichen Handj Verteilung des menschlichen Körpergewichts;
Probleme des Kontakts zwischen Mensch und Maschine; Probleme des Kontakts zwischen Mensch und Boden beim
Arbeiten oder beim Sport. Im Ingenieurwesen können genannt werden: Bodenkontaktdruck von Autoreifen oder von Flugzeugen
bei der Landung; Bodenkontaktdruck von Schneescootern, Schlitten oder Skiern«,
Falls die Lichtquelle 12 neben der Kamera angeordnet wird, kann der Spiegel 10 als einfacher Spiegel ausgebildet
werden.
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Falls die Lichtquelle 12 neben der Kamera angeordnet
wird, kann der Spiegel 10 als einfacher Spiegel ausgebildet werden. !
wird, kann der Spiegel 10 als einfacher Spiegel ausgebildet werden. !
Als Lichtquelle kann ferner ein Laser verwendet werden, ;
und zur Messung können elektrooptische oder holographische
Verfahren verwendet werden. ;
Verfahren verwendet werden. ;
Im Rahmen des aligemeinen Erfindungsgedankens der ;
vorliegenden Erfindung sind zahlreiche weitere Abwandlungen ;
und Modifikationen möglich. I
Dipl.-lng. Höret Rose j
Dipl.-lng. Peter Kosel i
5098^1 /0656
Claims (18)
- DIPL-ING. HORST ROSE DIPL.-ING. PETER KOSELPATENTANWÄLTE ? ζ 1 ? 7 Π R3353 Bad Gandersheinij 21 . März 1975Postfach 129Hohenhöfen 5Teiefon: (03382)2842Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandersheim* » Unsere Akten-Nr. 2825/1RAMOT UNIVERSITY AUTHORITY FORAPPLIED RESEARCH AND INDUSTRIAL DEVELOPMENT LTD.Patentgesuch vom 21. März 1975PatentansprücheVerfahren zur Anzeigen oder Messen der Kontaktdruckverteilung im Bereich einer Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck über ein Druckübertragungsglied auf ein fotoelastisches Teil übertragen wird, wobei das Druckübertragungsglied Punktkontaktvorsprünge zum Übertragen des Kontaktdrucks auf das fotoelastische Teil in Form von lokalisierten Punkten aufweist und wobei das fotoelastische Teil in der Weise ausgebildet ist, daß sich seine optischen Eigenschaften ändern, wenn es einem Druck unterworfen wird, und daß die Änderungen in den optischen Eigenschaften des fotoelastischen Teils optisch angezeigt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1f dadurch gekennzeichnet,daß die Änderungen der optischen Eigenschaften des fotoelastischen Teils dadurch angezeigt werden, daß man polarisiertes Licht auf das fotoslastische· Teil richtet, um Interferenzbilder an der., lokalisier-tan Kontaktdruckstellen zu erzeugen,
- 3« Anordnung zuai Anzeigen qulqt Msssen der Eonl'-akx-'Iruck-■verteilung Im Bereich einer OberflächeP insbesondere .iur Ausführung dos Verfahrens nasii den Anspruchs« 1 ocUr 2f aaduroh gekennzeichnet-, daß sin fuiice^astiscfcss Teil (4|2^wenn es einsii: JDriick «^sgasetet ;vird;p daß ein Druekübertragungs-Banfckonto: Norddeutsche Landesbar.F;.- Fiüais Beg Gandershoin:. ;:io.-Nr. Ξ2.113.570 · Postsciiedikonto: Hannover 607ΪΞ509841/0656 Ra/Rg.glied (2;22) vorgesehen ist, auf dessen eine Seite (2a) im Betrieb der Kontaktdruck wirkt und dessen gegenüberliegende Seite (2b) Punktkontaktvorspriinge (2c) zum Übertragen des Kontaktdrucks auf das fotoelastische Teil in Form von lokalisierten Druckpunkten aufweist, und daß eine optische Anzeige (6,8,1O,12,14;26;36) der Änderungen der optischen Eigenschaften des fotoelastischen Teils (4;24;34·) vorgesehen ist.
- 4. Anordnung nach Anspruch 3 t dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anzeige eine Lichtquelle (12) aufweist, deren Licht dem fotoelastischen Teil (4;24;34) zuführbar ist, und daß sie ferner einen Zirkularpolarisator (6;26; 36) zum Polarisieren des von der Lichtquelle (12) dem fotoelastischen Teil (4;24;34) zugeführten Lichts aufweist.
- 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der den Vorsprüngen (2c) zugewandten Seite des fotoelastischen Teils (4) ein Lichtreflektor (4a) vorgesehen ist, während die gegenüberliegende Seite des• fotoelastischen Teils (4) der Lichtquelle (12) und dem j Polarisator (6) zugewandt ist.j
- 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß der Lichtreflektor als dünne Schicht oder Überzug \ (4a) auf der den Voi*sprüngen (2c) zugewandten Seite des ' fotoelastischen Teils (4) ausgebildet ist.:
- 7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge-kennzeichnet, daß fotoelastisches Teil (4) und Lichtpolarisator (6) auf der einen Seite einer relativ starren, transparenten Platte (8) abgestützt sind und die Lichtquelle (12) auf der gegenüberliegenden Seite dieser transparenten Platte (8) angeordnet ist.509841/0656
- 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine transparente elastische Platte oder Folie (37) zwischen dem Polarisator (36) und der starren transparenten Platte (8) vorgesehen ist, wobei die transparente elastische Platte oder Folie (37) eine Schichtkonstruktion mit dem fotoelastischen Teil (34) bildet und der Polarisator (36) dazwischen angeordnet ist (Fig. 5).
- 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente elastische Platte oder Folie (37) aus demselben Werkstoff besteht wie das fotoelastische Teil (34).
- 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß oine Kamera (14) zum Fotografieren des Lichts vorgesehen ist, das vom Reflektor (4aj34a) durch das fotoelastische Teil (4;34), der Polarisator (6j36) und die transparente Stützplatte (8) reflektiert worden ist.
- 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die am Druckübertragungsglied (2 j22) angeordneten Punktkontaktvorsprünge (2c) abgerundete Spitzen in Anlage gegen das fotoelastische Teil (4;24;34) aufweisen.
- 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (2c) etwa nach Art eines Rotationsparaboloids ausgebildet sind.
- 13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge etwa kugelig ausgebildet sind.
- 14. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge etwa kegelförmig ausgebildet sind.509841 /0656
- 15. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckübertragungsglied (2;22) als dünne, flexible Platte oder Folie ausgebildet ist.
- 16. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen der Druckverteilung an den Füßen einer Person das Druckübertragungsglied (22) in Form einer (Schuh-)Sohle ausgebildet ist.
- 17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Sohlenförmige Druckübertragungsglied (2j22) in die Sohle eines Schuhs (20) eingebaut ist und einen Teil von ihr bildet.
- 18. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das fotoelastische Teil (24), der Polarisator (26) und das Druckübertragungsglied (22) als eine Einheit ausgebildet sind (Fig. 4).Patentanwälte Dipi.-ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter Kosei509841 /0656AtLeerseite
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